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        寬量程膜式燃?xì)獗頇z定過程不確定度評定

        2023-10-14 13:43:46權(quán)亞強(qiáng)吳岳飛侯雪丹
        煤氣與熱力 2023年9期
        關(guān)鍵詞:測量標(biāo)準(zhǔn)

        權(quán)亞強(qiáng), 吳岳飛, 侯雪丹

        (成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司,四川成都610100)

        1 概述

        由JJF 1001—2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》第9.17條可知,計(jì)量器具檢定是查明和確認(rèn)測量儀器符合法定要求的活動(dòng),它包括檢查、加標(biāo)記和(或)出具檢定證書。貿(mào)易結(jié)算用的家用燃?xì)獗硎潜粐屹|(zhì)檢總局列入強(qiáng)制檢定目錄的工作計(jì)量器具,并且限期使用,到期更換。家用燃?xì)獗眄毥?jīng)檢定機(jī)構(gòu)檢定合格后方可投入使用。燃?xì)獗碛?jì)量的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和用戶利益,若計(jì)量失準(zhǔn)將會(huì)引起計(jì)量糾紛,因此燃?xì)獗淼臋z定是一項(xiàng)非常重要的工作。燃?xì)獗碛?jì)量結(jié)果準(zhǔn)確性可通過對檢定過程的測量不確定度進(jìn)行分析得到。寬量程膜式燃?xì)獗?簡稱膜式燃?xì)獗?是指通過降低最小流量和(或)降低分界流量而實(shí)現(xiàn)更寬量程的膜式燃?xì)獗?其檢定過程可參照J(rèn)JG 577—2012《膜式燃?xì)獗怼贰S捎跈z定過程所使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置具有一定的不確定度,如果直接采用JJG 577—2012規(guī)定的界限判定,就會(huì)使一些處于不確定區(qū)域的產(chǎn)品流出,造成質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。本文提出在膜式燃?xì)獗淼臋z定中應(yīng)考慮影響測量結(jié)果的不確定因素,只有這樣才能使檢定結(jié)論更為科學(xué)合理。

        2 測量模型及不確定度傳播律

        2.1 測量模型

        目前常采用負(fù)壓法臨界流文丘里噴嘴式燃?xì)獗順?biāo)準(zhǔn)裝置對被檢表進(jìn)行檢定。其原理是,在真空泵的抽吸作用下,檢測介質(zhì)(實(shí)驗(yàn)室環(huán)境空氣)依次流經(jīng)串聯(lián)的被檢燃?xì)獗砗团R界流文丘里噴嘴標(biāo)準(zhǔn)器(簡稱標(biāo)準(zhǔn)器),可得被檢燃?xì)獗硎局岛蜆?biāo)準(zhǔn)器示值,對兩者進(jìn)行計(jì)算即可得出示值相對誤差。示值相對誤差的計(jì)算式為:

        (1)

        式中e——示值相對誤差

        Vind——燃?xì)獗硎局?L

        Vref——標(biāo)準(zhǔn)器示值,L

        2.2 不確定度傳播律

        根據(jù)不確定度傳播律,有以下關(guān)系[1]18:

        (2)

        式中u(e)——示值相對誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        c1——燃?xì)獗硎局档撵`敏系數(shù)

        u(Vind)——燃?xì)獗硎局档臉?biāo)準(zhǔn)不確定度

        c2——標(biāo)準(zhǔn)器示值的靈敏系數(shù)

        u(Vref)——標(biāo)準(zhǔn)器示值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        靈敏系數(shù)計(jì)算式為:

        (3)

        (4)

        (5)

        式中ur(Vind)——燃?xì)獗硎局档南鄬?biāo)準(zhǔn)不確定度

        ur(Vref)——標(biāo)準(zhǔn)器示值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        3 示值相對誤差測量不確定度評定

        標(biāo)準(zhǔn)不確定度按其評定方法分為A類評定和B類評定。根據(jù)實(shí)際情況,可只有A類評定不確定度分量,也可只有B類評定不確定度分量,也可兩者兼有。

        依據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》中圖1,評定測量不確定度的一般流程為:分析不確定度來源和建立測量模型→評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度→計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度→確定擴(kuò)展不確定度→報(bào)告測量結(jié)果。

        示值相對誤差測量不確定度的評定主要內(nèi)容是計(jì)算示值相對誤差標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

        3.1 示值相對誤差測量不確定度的A類評定

        JJG 577—2012第7.3.4.2款規(guī)定,燃?xì)獗頇z定流量點(diǎn)一般為小流量、中流量和大流量,每個(gè)流量點(diǎn)至少檢定1次。取1臺(tái)膜式燃?xì)獗?選擇最大流量qmax(6 m3/h)、分界流量qt(0.25 m3/h)、最小流量qmin(0.016 m3/h)作為測量點(diǎn),進(jìn)行連續(xù)3次重復(fù)測量。燃?xì)獗矸侄戎禐?.2 L,在6、0.25 m3/h流量點(diǎn),通氣量取燃?xì)獗矸侄戎档?00倍,即40 L。在0.016 m3/h流量點(diǎn),通氣量取最小位字輪轉(zhuǎn)1圈體積,即10 L。

        3個(gè)流量點(diǎn)測量數(shù)據(jù)及示值相對誤差見表1。

        表1 膜式燃?xì)獗?個(gè)流量點(diǎn)測量數(shù)據(jù)及示值相對誤差

        實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差按極差法計(jì)算[1]13:

        (6)

        式中s——實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差

        eR——極差

        C——極差系數(shù),為1.69

        極差計(jì)算式為:

        eR=emax-emin

        (7)

        式中emax——有限次獨(dú)立重復(fù)測量中的示值相對誤差最大值

        emin——有限次獨(dú)立重復(fù)測量中的示值相對誤差最小值

        示值相對誤差A(yù)類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

        uA(e)=s

        (8)

        式中uA(e)——示值相對誤差A(yù)類標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        3個(gè)流量點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知,6、0.25、0.016 m3/h流量點(diǎn)的uA(e)分別為0.053%、0.077%、0.630%。

        表2 3個(gè)流量點(diǎn)計(jì)算結(jié)果

        3.2 示值相對誤差測量不確定度的B類評定

        示值相對誤差測量不確定度的B類評定分為Vind測量不確定度的B類評定和Vref測量不確定度的B類評定。

        B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB計(jì)算式為[1]15:

        (9)

        式中uB——B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        a——被測量可能值區(qū)間的半寬度

        k——包含因子

        區(qū)間半寬度a一般根據(jù)以下信息確定:以前測量的數(shù)據(jù);對有關(guān)技術(shù)資料和測量儀器特性的了解和經(jīng)驗(yàn);生產(chǎn)廠提供的技術(shù)說明書;校準(zhǔn)證書、檢定證書或其他文件提供的數(shù)據(jù);手冊或某些資料給出的參考數(shù)據(jù);檢定規(guī)程、校準(zhǔn)規(guī)范或測試標(biāo)準(zhǔn)中給出的數(shù)據(jù);其他有用的信息等。

        ①Vind引入的B類相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        ②Vref引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        Vref引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分為標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur,eqp和標(biāo)準(zhǔn)裝置泄漏引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur,leak。

        a.標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        標(biāo)準(zhǔn)裝置經(jīng)中國測試技術(shù)研究院檢定合格,證書給出其相對擴(kuò)展不確定度為0.5%。取a=0.5%,k=2,由式(9)可得ur,eqp為0.25%。

        b.標(biāo)準(zhǔn)裝置泄漏引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        在檢定中,由于存在管路泄漏使得實(shí)際流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的氣體流量增加。為使檢定結(jié)果可靠,對于由泄漏引入的不確定度應(yīng)設(shè)置上限。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度分為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器(聲速噴嘴和計(jì)量軟件系統(tǒng))、壓力、溫度、泄漏和其他共5個(gè)方面等概率的不確定度分量。檢定時(shí),采用的標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度應(yīng)不超過示值相對誤差限值IMPEV的1/3,此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置泄漏引入的不確定度應(yīng)不超過IMPEV的1/15。

        c.ur(Vref)的計(jì)算

        Vref引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度(即標(biāo)準(zhǔn)器示值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度)計(jì)算式為:

        (10)

        式中ur,eqp——標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        ur,leak——標(biāo)準(zhǔn)裝置泄漏引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        由式(10)可得6、0.25、0.016 m3/h流量點(diǎn)的ur(Vref)分別為0.25%、0.25%、0.27%。

        ③ 示值相對誤差B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        由式(5)可得6、0.25、0.016 m3/h流量點(diǎn)的示值相對誤差B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB(e)分別為0.25%、0.26%、0.27%。

        3.3 示值相對誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

        示值相對誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算式為:

        (11)

        式中uc(e)——示值相對誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        將6、0.25、0.016 m3/h流量點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(11),可得各流量點(diǎn)的示值相對誤差合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(e)分別為0.26%、0.27%、0.69%。

        3.4 示值相對誤差擴(kuò)展不確定度

        示值相對誤差擴(kuò)展不確定度計(jì)算式[1]23為:

        U=kuc(e)

        (12)

        式中U——示值相對誤差擴(kuò)展不確定度

        在置信概率為95%的情況下,取包含因子k=2。6、0.25、0.016 m3/h流量點(diǎn)的示值相對誤差擴(kuò)展不確定度U分別為0.52%、0.54%、1.40%。

        4 測量結(jié)果的合格評價(jià)

        流量記為q。JJG 577—2012規(guī)定在流量高區(qū)(qt≤q≤qmax),示值相對誤差限值IMPEV為1.5%;在流量低區(qū)(qmin≤q

        4.1 通用儀器判別方法

        如果采用通用的測量儀器評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià),按照J(rèn)JF 1094—2002《測量儀器特性評定》第5.3.1.4款和第5.3.1.6款對上述不確定度進(jìn)行符合性評定。例如,在分界流量點(diǎn)0.25 m3/h處評定的U為0.54%,大于流量高區(qū)所要求的示值相對誤差限值的1/3,此時(shí)判定標(biāo)準(zhǔn)為:當(dāng)e滿足式(13)時(shí),判為合格;當(dāng)e滿足式(14)時(shí),判為不合格;當(dāng)e滿足式(15)時(shí),判為待定。

        -IMPEV+U≤e≤IMPEV-U

        (13)

        |e|≥IMPEV+U

        (14)

        IMPEV-U<|e|

        (15)

        將數(shù)據(jù)代入公式(13)可得該流量點(diǎn)3次獨(dú)立測量的e均滿足此要求,可判定被檢燃?xì)獗碓谠摿髁奎c(diǎn)的e合格。如果要繼續(xù)判定處于待定的e是否合格,需更高等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定,在一般的驗(yàn)收中依據(jù)合同而定。

        4.2 國際建議判別方法

        例如,在分界流量點(diǎn)0.25 m3/h處評定的U為0.54%,大于流量高區(qū)所要求的示值相對誤差限值IMPEV的1/3,此時(shí)e合格的判定區(qū)間為[-1.46%,1.46%]。由表1可知該流量點(diǎn)3次獨(dú)立測量的e均滿足此要求,由此可判定被檢燃?xì)獗碓谠摿髁奎c(diǎn)的e合格。

        同理可判斷出膜式燃?xì)獗碓谧畲罅髁奎c(diǎn)6 m3/h和最小流量點(diǎn)0.016 m3/h的e均合格,則該被檢燃?xì)獗硎局迪鄬φ`差判為合格。

        5 結(jié)束語

        從膜式燃?xì)獗硎局迪鄬φ`差測量結(jié)果的不確定度評定入手,分析和評定了各分量來源的不確定度,并將其合成得到擴(kuò)展不確定度,按照J(rèn)JF 1094—2002或OIML R 137-1&2:2012的規(guī)定對示值相對誤差進(jìn)行判定。認(rèn)為采用此判定方法能增加檢定結(jié)論的客觀性。

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